东北地理所在黑土农田土壤微生物群落特征与玉米产量关系研究方面取得

施肥对提高粮食产量具有极其重要的作用，但长期施用化肥可导致土壤酸化、微生物活性下降和土壤退化等问题，施用有机肥可不同程度抵消化肥带来的负面影响。土壤微生物在肥料养分转化与促进作物生长过程中发挥了重要作用，以往关于施肥与粮食产量关系的研究多集中在微生物群落组成及功能特征等，但微生物不能孤立存在，只有与其他微生物形成大量而复杂的相互作用才能完成碳氮循环等重要生态功能，从而保证粮食生产。 

　　为此，东北地理所土壤物质循环科学组研究人员基于海伦站26年长期定位施肥试验，研究了长期不同施肥措施下土壤微生物间潜在相互作用及其与玉米产量的关系。研究表明，与不施肥处理相比，26年施用化肥和化肥配施有机肥显著提高了31.51%和68.01%的玉米产量（图1）。基于网络分析表明，施肥处理增加了土壤微生物网络的复杂程度，且化肥配施有机肥处理网络复杂程度高于施用化肥处理。随机森林结果显示，土壤细菌和真菌群落复杂程度对玉米产量有最稳定的贡献（图2）。同时，细菌和真菌群落功能冗余程度随群落复杂程度增加而增加。本研究在关注土壤属性、微生物群落组成的基础上，进一步强调了通过农业管理措施定向构建复杂的土壤微生物群落对维持粮食稳产高产的重要作用。


　　图1 不同施肥处理对玉米产量(a)、土壤属性(b)、细菌群落组成(c)和真菌群落组成(d)的影响 


　　图2 细菌和真菌共现网络(a)、网络特征(b, c)及群落稳健性分析(d, e)，基于随机森林量化土壤属性和微生物群落特征对玉米产量的相对影响(f) 

　　研究成果发表在农林科学领域期刊《Applied Soil Ecology》上。土壤物质循环学科组张志明高级工程师为第一作者，李禄军研究员为通讯作者。研究工作得到国家重点研发计划项目、中国科学院基础前沿科学重点研究计划项目、国家自然科学基金和黑龙江省杰出青年基金项目联合资助。 

　　论文信息：Zhiming Zhang, Peng He, Xiangxiang Hao, Lu-Jun Li*. Long-term mineral combined with organic fertilizer supports crop production by increasing microbial community complexity. Applied Soil Ecology, 2023, 188, 104930. 

　　论文链接：https://doi.org/10.1016/j.apsoil.2023.104930.